汽油车尾气排放污染物数据分析

汽油车尾气排放污染物数据分析

摘要介绍了汽油车尾气排放污染物方面CO、HC、NOX产生的原因，分析了依据GB18352.3-2005标准检测及试验过程中采用不同的底盘测功机行驶阻力曲线对排放污染物数据大小的影响，并结合试验数据加以阐述。试验结果表明，暖机阶段缸壁面冷激对CO、HC有较大影响，但ECU控制策略中对空燃比的有效控制更可以在很大程度上改善排放。

关键词汽油车；排放；数据

汽车尾气排放的主要污染物有：一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NOX及铅Pb等，其中NOX包括NO和NO2，大部分是NO。无铅汽油的普遍使用及油品控制使Pb的排放量大大减少，目前所说的尾气排放污染物主要指前三种。以下从CO、HC、NOX三种污染物产生的原因及具体试验过程中采集的数据加以分析。

1CO、HC、NOX产生的原因

在发动机燃烧过程中，CO是氧气不足或其他原因造成不完全燃烧时，所产生的有害气体。HC是发动机废气中的未燃部分，包括供油系统中燃油的蒸发与滴漏，以及润滑油蒸汽等。NOX是发动机有一定负荷时大量产生的废气，产生于燃烧室的高温富氧环境中。

2底盘测功机的行驶阻力曲线

国家强制标准要求的排放是在底盘测功机上运行4个试验1部（市区循环）及1个试验2部（市郊循环）的工况下检测的。为了在底盘测功机上尽量再现车辆在道路上行驶的总阻力，在进行排放检测时，需要企业提供样车的滑行阻力或由标准推荐如下行驶阻力公式：

F= （a+bV2）±0.1F80（不得为负数）

式中：F—指底盘测功机吸收的总负荷（N）；a—指滚动阻力当量值（N）；b—指空气阻力系数当量值（N/（km/h）2）；V—指车速（km/h）；F80—指80km/h 车速时的负荷（N）。

以整备质量1600kg的样车为例，汽车的基准质量RM（基准质量=整备质量+100kg）为1700kg，按标准要求位于1640kg

图1底盘测功机的行驶阻力曲线图

注：样车在底盘测功机上行驶，车辆加速、等速及用制动器减速时，允许测试系统的指示车速与理论车速有±2km/h的公差。在工况改变时，公差可以大于规定值，但每次超过公差的时间不得大于0.5s。

3排放检测数据分析

样车尾气排放主要受发动机、三元催化转化器、氧传感器及电子控制单元ECU的影响。其中发动机的影响是最主要的，排出的尾气成分能直接反应发动机燃烧质量的好坏，如果发动机燃烧质量好，相应的尾气排放浓度会降低。三元催化转化器通过氧化还原反应，将发动机排放的三种污染物CO、HC和NOX转化为无害的水H2O、二氧化碳CO2和氮气N2。氧传感器通过检测排气歧管中混合气的空燃比（A/F）情况，反馈给ECU，ECU根据控制策略发出命令给燃油量控制装置，不断循环、快速调整，使空燃比尽量靠近理论值14.7：1。

以下分别从CO、HC、NOX三种污染物做简要分析。

3.1CO排放分析（采用推荐曲线F= a+bV2）

图2Ⅰ型试验中的CO排放

图2是某试验获得的CO排放数据。CO的峰值出现在冷启动开始不久的市区循环。CO产生的原因可能有：

1）可燃混合气的空燃比或过量空气系数α过低，导致可燃混合气过浓，氧气不足，造成不完全燃烧。

2）发动机气缸壁面冷激，燃烧室壁面温度较低，混合气遇到该壁面将会发生冷凝。

3）在1部开始的工况里怠速较多，低负荷工况下，燃油供给相对较多，燃烧室气体的压力、温度较低，混合气燃烧的速度相对较慢，燃烧不充分。

4）高温条件下，CO2也会被还原成CO。

结合试验过程，共有4个市区循环，但只有第1个循环出现过高的CO排放，可以排除怠速工况及CO2转化的影响不是主要因素。过高的CO排放出现在冷启动的暖机阶段，最主要原因可能是气缸温度较低。同时发动机负荷较低，加上空燃比过低，燃料供应相对较浓，燃烧不完全，造成CO排放过高。

试验过程中，采用的是推荐曲线F= （a+bV2）。由图1可知，该推荐曲线相对于某滑行曲线的低速段，阻力已经小了很多。若用滑行曲线测量排放结果，试验数据将会更高。

3.2HC排放分析（采用推荐曲线F= a+bV2）

图3Ⅰ型试验中的HC排放

图3的HC数据与图2的CO数据是在同一个试验过程中获得的。HC的峰值也出现在冷启动开始不久的市区循环。HC产生的原因可能有：

1）壁面冷激，燃料未完全燃烧，未燃烧的烃以废气排出碳氢化合物。

2）可燃混合气的空燃比过低，可燃混合气过浓，燃烧不完全。

3）怠速，减速工况较多，发动机为低、小负荷运行，混合气燃烧

（下转第164页）

（上接第198页）

速度相对较慢，燃烧不充分。

HC峰值出现的情况与CO峰值的情况极为类似，仅在第1个市区循环中出现。最主要的原因也是冷启动的暖机阶段，气缸壁面冷激，加上怠速、减速的低、小负荷工况影响，燃料比例过浓，燃烧不完全，HC排放过高。

3.3NOX排放分析（采用推荐曲线F= a+bV2）

图4Ⅰ型试验中的NOX排放

图4中NOX的两个峰群出现在冷启动阶段及高速运行阶段，较大的峰群出现在高速工况下。NOX产生的原因可能有：

1）温度过高。

2）空燃比影响，空燃比相对较高时，氧气浓度较大。

第二个峰群出现的原因可能是等速或加速工况下，发动机负荷较高，节气门接近全开（WOT），混合气体中氧气较充足，燃烧效率较高，气缸内的压力、温度都较高，出现空燃比偏稀，NOX易增多。同时过高的温度，还有容易导致催化器碎裂。

该试验中，底盘测功机的阻力曲线采用的是标准中推荐的曲线。由图1可知，高速阶段（100 km/h以上）样车滑出的阻力曲线值要小于推荐值。如果该样车排放试验时采用的是实际滑出的阻力曲线，NOX排放值会比试验数据要好。

4小结